JP5971615B2

JP5971615B2 - ホウケイ酸ガラス

Info

Publication number: JP5971615B2
Application number: JP2012168000A
Authority: JP
Inventors: 晋作西田; 長壽　研; 研長壽; 佐々木　博; 博佐々木
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2032-07-30
Also published as: WO2014021142A1; JP2014024731A

Description

本発明は、ホウケイ酸ガラスに関し、より具体的には放射線照射後の着色が少ない医療用ホウケイ酸ガラスに関する。

従来、バイアル瓶、アンプル管、真空採血管等の医療用容器は、安全衛生のため、薬品充填前後等にガス滅菌や高圧蒸気滅菌が行われていた。

しかしながら、ガス滅菌や高圧蒸気滅菌は、ガスや滅菌雰囲気の制御管理に熟練を要し、滅菌時間が長い上に滅菌処理が不十分になりやすいという問題があった。また、容器を封止した後に内部を滅菌することができないため、薬剤充填時の菌類の混入を防ぐべく、無菌環境下での薬液充填作業が必要であった。このような無菌環境下での薬液充填には専用の設備環境が必要になるため、医薬品の製造コストが増加する原因となっていた。

このような事情から、ガス滅菌、高圧蒸気滅菌に代わり、放射線を照射して滅菌する放射線滅菌が提案されている。放射線滅菌では、一般的に電子線やγ線等の放射線が用いられており、ガス滅菌等に比べ短時間で大量の対象物を効率良く滅菌処理できる。また、電子線やγ線等の放射線は容器を透過するため、薬剤を容器に充填した後で容器内部の滅菌を行うことが可能である。すなわち、薬剤の充填を無菌環境下で行わずに済み、医薬品の製造コストを抑えることができる。

ところで、医療用容器は、容器内への異物の混入を検査する等の目的で、容器自体の着色が少ないことが好ましい。しかしながら、放射線滅菌では、放射線のエネルギーが高いために、放射線が照射された医療用容器が変色（着色）し、滅菌後の容器内の視認検査等が困難になってしまうという問題があった。

このような問題を解決すべく、放射線による着色を低減したガラスが開発されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示される放射線照射変色防止ガラスは、ＣｅＯ_２を０．１〜３％含有するため、放射線の照射による着色が抑制されている。

特開平９−２９５８２８号公報

ＣｅＯ_２は、ガラス中においてＣｅ^３＋イオンまたはＣｅ^４＋イオンの状態で存在する。そして、ガラス中のＣｅ^４＋イオンはガラスを黄褐色に着色する性質を有する。つまり、ガラス組成としてＣｅＯ_２を含有すると、ガラスを成形した時点で（放射線を照射する以前に）ガラスが着色してしまい、可視光透過率が低下する場合がある。このような組成成分に起因するガラスの初期着色は、放射線照射後もガラスに残る。そのため、たとえＣｅＯ_２を添加して放射線照射に起因する変色を抑制できたとしても、初期着色が強い場合、最終的なガラスは強く着色したものになる。すなわち、ＣｅＯ_２を含有する従来のガラスでは、放射線滅菌後の検査等が困難になるおそれがあった。なお、以下ではＣｅ^４＋に起因するガラスの着色を初期着色と呼称し、放射線照射に起因するガラスの着色を放射線着色と呼称する。

本発明は、このような事情を考慮して成されたものであり、放射線照射前において透明性が高く、尚且つ放射線を照射後も着色し難く、さらに医療用容器に適したガラスを提供することを課題とする。

本発明者は鋭意検討の結果、ガラス組成を以下のように厳密に規定することによって、上記課題を解決することを見出し、本発明として提案するものである。

本発明のホウケイ酸ガラスは、ガラス組成として下記酸化物換算の質量％で、ＳｉＯ_２６５〜７８％、Ｂ_２Ｏ_３８〜１８％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ１〜１８％、ＣｅＯ_２０．１〜５．０％、ＳｎＯ_２０．１〜２．０％を含有することを特徴とする。

また、本発明のホウケイ酸ガラスは、ガラス組成として下記酸化物換算の質量％で、ＳｉＯ_２６５〜７５％、Ｂ_２Ｏ_３８〜１８％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ１〜１０％、ＣｅＯ_２０．１〜５．０％、ＳｎＯ_２０．１〜２．０％、Ａｌ_２Ｏ_３０〜１０％、ＣａＯ０〜７％、ＢａＯ０〜５％、Ｌｉ_２Ｏ０〜５％、Ｎａ_２Ｏ０〜１０％、Ｋ_２Ｏ０〜５％を含有することが好ましい。

また、本発明のホウケイ酸ガラスは、ＣｅＯ_２の含有量が１．１〜５．０％であることがさらに好ましい。

また、本発明のホウケイ酸ガラスは、放射線照射前の吸光度が０．１５以下であることが好ましい。なお、「吸光度」とは以下の式で表される値である。
Ａ＝Ｌｏｇ（１／Ｔ_５００）
Ａ：吸光度
Ｔ_５００：肉厚５．０ｍｍ、波長５００ｎｍにおける分光透過率

本発明のホウケイ酸ガラスは、放射線を吸収線量２５ｋＧｙ照射した後の吸光度が０．３０以下であることが好ましい。

本発明のホウケイ酸ガラスは、放射線により滅菌処理される医療用容器に用いられることが好ましい。医療用容器とは、薬剤が充填される医薬容器、および真空採血管等の薬剤が充填されない医療用途の容器のことを指す。

本発明のホウケイ酸ガラスは、γ線または電子線により滅菌処理される真空採血管に用いられることが好ましい。

本発明のホウケイ酸ガラスは、γ線または電子線により滅菌処理される医薬容器に用いられることが好ましい。医薬容器は、例えば、バイアル瓶、アンプル管等の薬剤が充填される容器のことを指す。

本発明のホウケイ酸ガラスによれば、ＣｅＯ_２を含有することによって放射線照射に起因する着色を抑制しつつ、他の成分をバランス良く含有することによってＣｅ^４+イオン等に起因する放射線照射前のガラスの着色も抑制することができる。また、本発明のホウケイ酸ガラスは、アルカリ溶出量が少ないホウケイ酸ガラスを基本組成とするため、医薬容器として用いた場合に、充填された薬剤の変質を抑制することができる。したがって、本発明のホウケイ酸ガラスは、医療用容器として好適であり、放射線滅菌処理後も容器内の検査を容易に行うことができる。

以下、本発明の実施形態のホウケイ酸ガラスについて説明する。先ず、本発明のガラスを構成する成分の作用と、その含有量を上記のように規定した理由を説明する。なお、各成分の含有範囲の説明において、％表示は質量％を指す。

ＳｉＯ_２は、ガラス骨格構造を形成する主要成分である。ＳｉＯ_２の含有量は、６５〜７８％、好ましくは６７〜７５％、より好ましくは６７〜７３％である。ＳｉＯ_２の含有量が６５％より少ないと、ガラスの機械的強度が低下し易くなる。ＳｉＯ_２の含有量が７８％より多いと、ガラスの粘度が高くなって溶融性や成形性が低下し易くなる。

Ａｌ_２Ｏ_３は、ガラスの化学的耐久性や機械的強度を高める成分であり、またガラスの耐失透性を高める成分である。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、０〜１０％、好ましくは３〜１０％、より好ましくは５〜９％、５〜８％、６．５〜８％である。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が１０％より多いと、ガラスの粘度が高くなって溶融性や成形性が低下し易くなる。

Ｂ_２Ｏ_３は、ＳｉＯ_２と同様にガラス骨格構造を形成する成分であるが、ＳｉＯ_２と異なりガラスの粘度を低下させる成分である。Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、８〜１８％、好ましくは８〜１５％、より好ましくは８〜１３％である。Ｂ_２Ｏ_３の含有量が１８％より多いと、ガラスが分相し易くなる。ガラスに分相が生じると、ガラスの化学的耐久性が低下し易くなる。また、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が１８％より多いと、溶融ガラスからのＢ_２Ｏ_３の蒸発量が増え、溶融ガラス表面に異質層が形成されやすくなってガラスの均質性が低下し易くなる。Ｂ_２Ｏ_３の含有量が８％より少ないと、ガラスの粘度が高くなって溶融性や成形性が低下し易くなる。

アルカリ金属酸化物であるＬｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏはガラスの粘度を低下させ、溶融性や成形性を高める成分である。Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏの含有量は、１〜１８％、好ましくは１〜１０％、より好ましくは５〜１０％、５〜９％、５〜８％である。Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏが１％より少ないとガラスの粘度が高くなり、溶融性や成形性が悪化する。Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏが１８％より多いとガラスの化学的耐久性が低下するとともに、ガラスからのアルカリ溶出量が増加し、ガラス表面に析出物が発生し易くなる。

Ｌｉ_２Ｏは、ガラスの粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。Ｌｉ_２Ｏの含有量は好ましくは０〜５％、より好ましくは０〜４％である。Ｌｉ_２Ｏの含有量が５％よりも多いと、溶融ガラスからＬｉを含む結晶が析出し易くなる。尚、Ｌｉ_２Ｏは原料のコストが高いため、含有量は少ない方が好ましい。

Ｎａ_２Ｏは、ガラスの粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。Ｎａ_２Ｏの含有量は好ましくは０〜１０％、より好ましくは３〜８％、５〜８％である。Ｎａ_２Ｏの含有量が１０％より多いと、ガラスの化学的耐久性が低下するとともにガラスからのアルカリ溶出量が増加する。

Ｋ_２Ｏは、ガラスの粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。Ｋ_２Ｏの含有量は、好ましくは０〜５％、より好ましくは０〜４％、０〜３％である。Ｋ_２Ｏの含有量が５％より多いと、ガラスの化学的耐久性が低下し易くなる。

アルカリ土類金属酸化物である、ＣａＯ、ＢａＯは、ガラスの粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。ＣａＯ＋ＢａＯの含有量は、好ましくは０．５〜１０％、より好ましくは１〜５％、１〜３％である。ＣａＯ＋ＢａＯが０．５％より少ないとガラスの粘度が高くなり、溶融性や成形性が悪化し易くなる。ＣａＯ＋ＢａＯが１０％より多いとガラスにＣａあるいはＢａを含む結晶が析出し易くなる。

ＣａＯは、ガラスの粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。ＣａＯの含有量は、好ましくは０〜７％、より好ましくは０〜５％、０〜３％、０〜２％である。ＣａＯの含有量が７％よりも多いと、ガラスの耐酸性が低下し易くなる。また、ガラスからＣａを含む結晶が析出し易くなる。

ＢａＯは、ガラスの粘度を低下させるとともに、耐失透性を向上する成分である。ＢａＯの含有量は、好ましくは０〜５％、より好ましくは０〜３％、さらに好ましくは０〜２％である。ＢａＯの含有量が５％よりも多いと、ガラスの歪点が低下して耐熱性が悪化し易くなる。また、ガラスからＢａを含む結晶が析出し易くなる。

ＣｅＯ_２は、ガラスの耐放射線着色性を高める成分である。ＣｅＯ_２の含有量は０．１〜５．０％、好ましくは０．１〜２．０％、より好ましくは０．５〜２．０％、さらに好ましくは１．１〜２．０％である。ＣｅＯ_２の含有量が０．１％より少ないと、ガラスの耐放射線着色性が低くなり、放射線照射によりガラスが著しく着色してしまう。ＣｅＯ_２の含有量が５．０％より多いと、放射線照射前のガラスの着色が強くなる。Ｃｅイオンは、通常ガラス中ではＣｅ^３＋とＣｅ^４＋の状態で共存する。Ｃｅ^３＋は波長３１４ｎｍを中心とするシャープな吸収帯を持つ。Ｃｅ^４＋は波長２４０ｎｍを中心とし、可視域にかかるブロードな吸収帯を持つ。ＣｅＯ_２の含有量が多くなるほどガラス中のＣｅ^４＋の絶対量も多くなるため、放射線照射前のガラスの着色が強くなり易い。

ＳｎＯ_２はＣｅ^４＋等に起因するガラスの初期着色を抑制する成分である。Ｓｎイオンは、通常、ガラス中ではＳｎ^２＋とＳｎ^４＋の状態で共存する。ＳｎＯ_２がＣｅＯ_２と共存した場合、ＳｎイオンはＣｅイオンの酸化力によって酸化され、Ｓｎ^４＋の割合が増加する。同時に、Ｃｅイオン自身は還元されるためＣｅ^４＋の割合が減少する。このように、Ｃｅ^４＋の割合が減少すると、ガラスの初期着色が低減する。ＳｎＯ_２の含有量は０．１〜２．０％、好ましくは０．１〜１．５％、より好ましくは０．１〜１．０％である。ＳｎＯ_２の含有量が２．０％より多いと、Ｓｎイオンによるガラスの着色が強まるとともに、熱加工時にガラスが黒化し易くなる。ＳｎＯ_２の含有量が０．１％より少ないと、ガラス中のＣｅ^４＋の割合が減少し難くなるため、初期着色を抑制し難くなる。

本発明のホウケイ酸ガラスは上記成分以外にも、放射線照射前後のガラスの着色が強まらない範囲において、他の成分を添加してもよい。例えば、ガラスの粘度、清澄性等の改良のためにＭｇＯ、ＳｒＯ、ＺｎＯ、ＺｒＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＳＯ_２、ＰｂＯ、Ｌａ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、Ｃｏ_３Ｏ_４、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｙ_２Ｏ_３等を添加してもよい。なお、これらの成分の添加量は合量で５％以下が好ましい。

Ｆｅ_２Ｏ_３は、ガラス原料やガラス製造工程から混入する成分である。Ｆｅ_２Ｏ_３は、ＴｉＯ_２と組み合わせることによって容器の内部に充填された薬剤を紫外線から守る働きがある。しかし、Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量が多過ぎると、ガラスが着色する虞がある。よって、Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量は好ましくは０．００１％〜０．５％、より好ましくは０．００１％〜０．２％、０．００１％〜０．１％、０．００１％〜０．０５％である。

ＴｉＯ_２は、紫外線を遮断し、充填された医薬品の変質を防止する成分である。また、ガラスの高温粘度を低下させ、成形性を向上する成分である。しかし、ＴｉＯ_２の含有量が多過ぎると、ガラスが着色したり、失透し易くなる。よって、ＴｉＯ_２の含有量は、好ましくは０〜２％であり、より好ましくは０〜１％、０〜０．５％、０〜０．３％、０〜０．１％、０．００１〜０．０５％である。

Ｃｌ_２は、ガラス製造時の清澄性を向上する成分であり、Ｃｌ_２の含有量は好ましくは０〜１％である。Ｃｌ_２の含有量が１％より多くなると、ガラスの生産時に蒸発したＣｌ_２が水分と反応して、生産設備の金属を侵食する可能性がある。Ｃｌ_２の含有量は、好ましくは０〜０．５％、より好ましくは０〜０．３％、さらに好ましくは０．０１〜０．３％である。

Ｓｂ_２Ｏ_３は、溶融ガラスの清澄性を向上させる成分である。一方で、Ｓｂ_２Ｏ_３は、環境負荷の高い成分であるため、その含有量は１％未満であることが好ましい。

ＺｒＯ_２は、ガラスの耐薬品性、特に耐酸性を改善すると共に、高温粘性を下げて溶融
性を向上させる成分である。ＺｒＯ_２の含有量は、好ましくは０〜１％、より好ましくは０〜０．５％、０．０１〜０．３％である。５％より多いと、失透温度が上昇し、失透異物が析出しやすくなる。

また、本発明のホウケイ酸ガラスはＨ_２、ＣＯ_２、ＣＯ、Ｈ_２Ｏ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｎ_２等の微量成分を０．１％まで含んでもよい。また、ガラス中にＰｔ、Ｒｈ等の貴金属元素を５００ｐｐｍまで添加してもよい。

本発明のホウケイ酸ガラスは、放射線照射前の肉厚５ｍｍにおける波長５００ｎｍの光の吸光度が０．１５以下、好ましくは０．１２以下、より好ましくは０．１０以下である。放射線照射前の肉厚５ｍｍにおける波長５００ｎｍの光の吸光度が０．２０より高いと、放射線照射後もガラスの着色が強く残り、放射線滅菌後の検査等が困難になる。

本発明のホウケイ酸ガラスは、放射線を吸収線量２５ｋＧｙで照射した後の肉厚５ｍｍにおける波長５００ｎｍの光の吸光度が０．３０以下、好ましくは０．２８以下、より好ましくは０．２５以下である。放射線を吸収線量２５ｋＧｙで照射した後の肉厚５ｍｍにおける波長５００ｎｍの光の吸光度が０．３０より高いと、放射線照射後のガラスの着色が強く、放射線滅菌後の検査等が困難になる。

本発明のホウケイ酸ガラスはγ線や電子線等の放射線により滅菌処理される医薬容器や真空採血管等の医療用容器に用いられることが好ましい。これらの医療用容器は、例えば、管状に成形した本発明のホウケイ酸ガラスを切断および加工することによって製造できる。これらの医療用容器は、γ線または電子線による滅菌処理に供されることが、より好ましい。γ線は高いエネルギーを有するため、滅菌能力が高く、短時間で大量の容器を滅菌処理することができる。また、電子線は、環境負荷が少なく、滅菌装置および工程の管理が容易である。

なお、上記用途は一例であり、本発明のホウケイ酸ガラスの用途はこれらに限らず、任意用途、任意形状に適用可能である。また、これらの医療用容器の滅菌処理に用いる放射線はγ線および電子線に限らず、任意の種類および強度の放射線を用いて良い。

以下、実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。

表１〜３は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜１２）及び比較例（試料Ｎｏ．１３、１４）を示している。

以下のようにして、各試料を調製した。まず、表中のガラス組成になるように、ガラス原料を秤量、混合して、ガラスバッチを作製した。次に、このガラスバッチを白金坩堝で１６５０℃、５時間溶融した後、流し出してガラスインゴットを作製した。次に、ガラスインゴットを２５ｍｍ×３０ｍｍの寸法に切断、研磨して肉厚５．０ｍｍおよび１．５ｍｍの板状ガラス試料を得た。そして、得られた各試料の放射線照射前後において、以下の特性を評価した。

波長５００ｎｍにおける吸光度は、波長５００ｎｍにおける分光透過率を測定し、当該分光透過率に基づいて算出した。波長５００ｎｍにおける分光透過率は、ＳＨＩＭＡＤＺＵ製ＵＶ−３１００ＰＣ分光光度計を用いて波長５００ｎｍの値を読み取った。吸光度が小さいほど、透明性が高いガラスである。

放射線としては、γ線および電子線を吸収線量２５ｋＧｙで照射した。γ線照射は、コバルト６０の線源を用いて行った。また、電子線照射は、出力が５ＭｅＶの電子加速器を用いて行った。吸収線量は、ガラス製の線量計により測定した。

表１〜３から明らかなように、試料Ｎｏ．１〜１２は、放射線照射前の肉厚５．０ｍｍ、波長５００ｎｍにおける吸光度の値が０．１５以下であった。また、放射線を吸収線量２５ｋＧｙだけ照射した後の肉厚５．０ｍｍにおける波長５００ｎｍの光の吸光度が０．３０以下であった。

一方、試料Ｎｏ．１３、１４は、ＳｎＯ_２を含有していないため、放射線照射前の肉厚５．０ｍｍ、波長５００ｎｍにおける吸光度の値が０．１５を超えていた。また、放射線を吸収線量２５ｋＧｙだけ照射した後の肉厚５．０ｍｍにおける波長５００ｎｍの光の吸光度が０．３０を超えていた。すなわち、試料Ｎｏ．１３、１４は、本発明の実施例に比べ、放射線照射前後の透明性が劣っていた。

本発明のホウケイ酸ガラスは、医療用容器の材料等として有用である。

Claims

ガラス組成として下記酸化物換算の質量％で、ＳｉＯ_２６５〜７８％、Ｂ_２Ｏ_３８〜１３％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ１〜１８％、ＣｅＯ_２０．１〜５．０％、ＳｎＯ_２０．１〜２．０％、ＺｒＯ _２０．０１〜１％を含有し、医療用容器に用いられることを特徴とするホウケイ酸ガラス。
ガラス組成として下記酸化物換算の質量％で、ＳｉＯ_２６５〜７５％、Ｂ_２Ｏ_３８〜１３％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ１〜１０％、ＣｅＯ_２０．１〜５．０％、ＳｎＯ_２０．１〜２．０％、ＺｒＯ _２０．０１〜１％、Ａｌ_２Ｏ_３０〜１０％、ＣａＯ０〜７％、ＢａＯ０〜５％、Ｌｉ_２Ｏ０〜５％、Ｎａ_２Ｏ０〜１０％、Ｋ_２Ｏ０〜５％を含有することを特徴とする請求項１に記載のホウケイ酸ガラス。
ＣｅＯ_２の含有量が１．１〜５．０％であることを特徴とする請求項１または２に記載のホウケイ酸ガラス。
放射線照射前の肉厚５ｍｍにおける波長５００ｎｍの光の吸光度が０．１５以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のホウケイ酸ガラス。
放射線を吸収線量２５ｋＧｙで照射した後の肉厚５ｍｍにおける波長５００ｎｍの光の吸光度が０．３０以下であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のホウケイ酸ガラス。
放射線により滅菌処理される医療用容器に用いられることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のホウケイ酸ガラス。
γ線または電子線により滅菌処理される真空採血管に用いられることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のホウケイ酸ガラス。
γ線または電子線により滅菌処理される医薬容器に用いられることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のホウケイ酸ガラス。